多足仿生机械蟹步态仿真及样机研制

论文摘要

随着控制论、机构学、计算机科学、仿生学、人工智能以及信息与感知技术的研究的深入,带动了仿生机器人技术的发展,目前仿生机器人技术的水平已经成为一个国家高科技水平和工业自动化程度的重要标志,也成为当前科学研究的热点方向。论文对国内外仿生机器人的发展和取得的最新成果进行了系统的介绍,在总结前几型多足仿生机械蟹研究的基础上,采用仿生学的设计思想改进设计了新型多足仿生机械蟹。论文提出了新型多足仿生机械蟹样机总体方案,完成了新型多足仿生机械蟹样机机械结构设计;提出了采用谐波减速器的新型机器人关节,并对驱动方式的选择进行了详细的论证;从仿生学角度出发,对8个步行足进行了合理的自由度分布设置,使机器人具有可翻转行走特性,大大提高机器人水下环境运动的耐波性和适应性;采用递阶式控制思想,提出了新型多足仿生机械蟹样机的控制系统的总体框架,进行了硬件电路和控制软件设计;对新型多足仿生机械蟹的各种步态形式进行了分析比较,论证了双四足步态的可行性和稳定性;对新型多足仿生机械蟹的步态轨迹进行了规划,并采用Matlab和Adams软件联合对机器人的运动学和动力学问题进行了仿真,实现了平坦路面直线运动、上下台阶及上下坡的运动仿真模拟;搭建新型多足仿生机械蟹样机试验平台,通过实际运行结果指导新型样机的理论研究工作和设计改进过程。同时,论文对新型多足仿生机械蟹水下防腐蚀问题进行了研究。在完成上述工作的基础上,进行了新型多足仿生机械蟹新型样机的概念设,工程设计和样机的加工、制造,完成了新型多足仿生机器人的样机装配,对样机各关节进行了调试,测试了各关节运动性能、运动范围;完成了控制电路的设计和功能的调试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外多足仿生机器人的研究现状
• 1.2.1 国内外多足仿生机器人样机的研制情况
• 1.2.2 多足仿生机器人基础理论的研究现状
• 1.3 智能化多足仿生机器人关键技术
• 1.3.1 导航与定位技术
• 1.3.2 多机协调技术
• 1.3.3 多传感器信息融合技术
• 1.3.4 仿生智能控制策略
• 1.4 论文的主要内容和论文结构
• 1.4.1 论文的主要研究内容
• 1.4.2 论文结构
• 第2章 新型多足仿生机械蟹总体方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 前四型多足仿生机械蟹简介
• 2.2.1 第一型多足仿生机械蟹样机
• 2.2.2 第二型多足仿生机械蟹样机
• 2.2.3 第三型多足仿生机械蟹样机
• 2.2.4 第四型多足仿生机械蟹样机
• 2.3 新型多足仿生机械蟹结构方案
• 2.3.1 关节设计结构方案
• 2.3.2 新型多足仿生机械蟹样机整机方案
• 2.4 新型多足仿生机械蟹样机控制系统方案
• 2.4.1 递阶控制系统特点
• 2.4.2 多足仿生机械蟹控制系统硬件设计方案
• 2.4.3 多足仿生机械蟹控制系统软件设计方案
• 2.5 两栖环境下的水下防腐方案
• 2.6 本章小结
• 第3章 新型多足仿生机械蟹步态分析及仿真
• 3.1 新型多足仿生机械蟹的步态研究
• 3.2 新型多足仿生机械蟹运动学分析
• 3.2.1 摆动步行足运动学分析
• 3.2.2 站立步行足的运动学分析
• 3.3 新型多足仿生机械蟹动力学分析
• 3.3.1 步行足的动力学分析
• 3.3.2 机体动力学分析
• 3.4 新型多足仿生机械蟹运动学和动力学仿真
• 3.4.1 仿真软件的选择
• 3.4.2 基于ADAMS的运动学/动力学仿真
• 3.4.3 基于Matlab/ADAMS的联合建模仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 新型多足仿生机械蟹控制系统设计
• 4.1 引言
• 4.2 新型多足仿生机械蟹控制系统总体结构
• 4.3 新型多足仿生机械蟹模块化控制系统
• 4.3.1 主控模块设计
• 4.3.2 关节控制和驱动模块设计
• 4.3.3 CAN总线
• 4.3.4 传感模块
• 4.4 本章小结
• 第5章 新型多足仿生机械蟹样机的研制
• 5.1 引言
• 5.2 新型多足仿生机械蟹样机总体结构
• 5.3 新型多足仿生机械蟹样机各模块的研制
• 5.3.1 单腿结构
• 5.3.2 减震缓冲器设计
• 5.3.3 复合足（鳌足）结构
• 5.3.4 硬件控制系统
• 5.4 新型多足仿生机械蟹样机的运动过程
• 5.4.1 样机行走动作
• 5.4.2 样机自翻转动作
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢